妊娠中期胎兒腦外側(cè)溝形態(tài)發(fā)育的7.0 T MRI軸位觀察

林 楠 ，杲 悅，張淑涵，滕皋軍，林祥濤，臧鳳超，王錫明，方 芳，劉樹偉，張忠和

（1.山東第一醫(yī)科大學(xué)附屬省立醫(yī)院 山東大學(xué)附屬省立醫(yī)院醫(yī)學(xué)影像科，山東 濟(jì)南 250021；2.東南大學(xué)附屬中大醫(yī)院放射科，江蘇 南京 210009；3.山東大學(xué)齊魯醫(yī)學(xué)院斷層影像解剖學(xué)研究中心，山東 濟(jì)南 250012）

在胎兒腦發(fā)育過(guò)程中，其外部形態(tài)與內(nèi)部結(jié)構(gòu)均不斷發(fā)生變化，其中皮質(zhì)的形態(tài)改變最典型，表現(xiàn)為表面溝回的出現(xiàn)與折疊［1］。腦溝為皮質(zhì)表面的最直觀結(jié)構(gòu)，其形態(tài)發(fā)育是皮質(zhì)成熟過(guò)程中最顯著的宏觀變化，其發(fā)育狀況可視為判斷胎腦發(fā)育狀況及成熟度的標(biāo)準(zhǔn)［1］。外側(cè)溝是大腦皮質(zhì)表面重要且醒目的解剖學(xué)標(biāo)示，亦是顱內(nèi)病變定位的參考標(biāo)志，為位于額、頂、顳、島葉之間的縫隙，內(nèi)充滿腦脊液，是額、頂葉與顳、枕葉的分界標(biāo)志，在所有大腦皮質(zhì)腦溝中出現(xiàn)最早、形態(tài)最大且富于變化［1-3］。獲得外側(cè)溝的形態(tài)發(fā)育規(guī)律對(duì)產(chǎn)前評(píng)估胎腦皮質(zhì)的發(fā)育狀況及皮質(zhì)發(fā)育相關(guān)畸形的診斷等均有重要的臨床意義［4］。腦溝形成是皮質(zhì)自身膨脹與折疊的結(jié)果，包括皮質(zhì)內(nèi)外層的擴(kuò)張、迂曲折疊，可能來(lái)源于皮質(zhì)內(nèi)放射狀排列的神經(jīng)膠質(zhì)與軸突纖維所產(chǎn)生的物理張力牽拉［5］。腦溝的形成也與胎腦細(xì)胞結(jié)構(gòu)組成及皮質(zhì)連接的復(fù)雜性有關(guān)，具備特定的時(shí)空規(guī)律［6］。妊娠第3個(gè)月時(shí)，外側(cè)溝即可在解剖標(biāo)本中識(shí)別出來(lái)［7］，是MRI上最早能觀察到的胎兒腦溝。在宮內(nèi)活體胎兒1.5 T MRI上，外側(cè)溝多在16周可分辨［8］。筆者前期研究［1］發(fā)現(xiàn)，在超高場(chǎng)強(qiáng)的7.0 T MRI上，14周的胎兒標(biāo)本即可觀察到外側(cè)溝的雛形。外側(cè)溝的形態(tài)發(fā)育隨孕周增長(zhǎng)相對(duì)固定，當(dāng)出現(xiàn)增寬、發(fā)育遲緩或折疊異常時(shí)，常提示鄰近皮質(zhì)發(fā)育異常［9］。

本研究旨在分析7.0 T超高場(chǎng)強(qiáng)MRI軸位圖像上妊娠中期胎兒標(biāo)本外側(cè)溝的基本形態(tài)變化，獲得其發(fā)育規(guī)律，為低場(chǎng)強(qiáng)MRI對(duì)宮內(nèi)活體胎兒外側(cè)溝發(fā)育相關(guān)異常性疾病的診斷與評(píng)估提供參考。

1 資料與方法

1.1 標(biāo)本選擇 標(biāo)本來(lái)源于山東大學(xué)齊魯醫(yī)學(xué)院斷層影像解剖學(xué)研究中心，均為自發(fā)性流產(chǎn)、其他腦外病變或母體疾病所采取的藥物引產(chǎn)、死胎或早產(chǎn)兒死亡。納入標(biāo)準(zhǔn)：①妊娠記錄中未出現(xiàn)宮內(nèi)窘迫、胎兒染色體異常、母體遺傳性疾病、先兆子癇及子癇。②妊娠期間的超聲檢查及標(biāo)本的3.0 T MRI檢查均顯示胎兒腦解剖結(jié)構(gòu)正常并發(fā)育適宜（判斷標(biāo)準(zhǔn)為端腦大小及皮質(zhì)、側(cè)腦室和胼胝體的發(fā)育狀況）。③對(duì)于上述標(biāo)準(zhǔn)無(wú)法確定胎兒腦發(fā)育是否正常或懷疑存在病變者，解剖證實(shí)。本研究經(jīng)山東第一醫(yī)科大學(xué)附屬省立醫(yī)院倫理委員會(huì)批準(zhǔn)。

符合標(biāo)準(zhǔn)的46例胎兒標(biāo)本作為研究對(duì)象（表1）。

表1 46例胎兒標(biāo)本的胎齡與性別分布例

根據(jù)妊娠記錄（以母體末次月經(jīng)計(jì)算）輔以胎兒頂臀長(zhǎng)、頭圍及足長(zhǎng)判斷其胎齡。標(biāo)本獲得后，立即放置于35%～40%甲醛水溶液中保存，并于1個(gè)月內(nèi)完成7.0 T MRI掃描。

1.2 儀器與方法 使用BRUKER 7.0 T MRI機(jī)和大鼠體部線圈，內(nèi)徑60 mm。掃描序列及參數(shù)：T1WI TR 384.4 ms，TE 15.8 ms，回波鏈長(zhǎng)度1，矩陣512×512，激勵(lì)次數(shù)1；T2WI TR 12 000.0 ms，TE 50.0 ms，回波鏈長(zhǎng)度8，矩陣256×256，NEX 4；層厚、層距均為0.5 mm；采集時(shí)間30～60 min/方位；掃描視野根據(jù)胎兒頭圍大小調(diào)節(jié)，并最終使SNR≥80%。

1.3 圖像預(yù)處理 選用Amira 5.2（Visage Imaging，Australia）圖像處理軟件。選取T2WI圖像導(dǎo)入至軟件中，識(shí)別外側(cè)溝并勾畫輪廓。以經(jīng)過(guò)基底節(jié)區(qū)、丘腦的最大斷面為標(biāo)準(zhǔn)參照層面，每2個(gè)孕周設(shè)為1組，逐層對(duì)外側(cè)溝進(jìn)行識(shí)別及描繪，將每組標(biāo)本外側(cè)溝出現(xiàn)頻率較高的大體形態(tài)描繪出來(lái)。外側(cè)溝測(cè)繪標(biāo)準(zhǔn)：以橫軸位為基礎(chǔ)，以大腦外側(cè)面額頂葉外下緣與顳葉外上緣為頂點(diǎn)，沿腦皮質(zhì)連續(xù)勾畫。描繪過(guò)程見圖1。所有外側(cè)溝存在的斷面進(jìn)行逐一、逐層識(shí)別及描繪，得到相應(yīng)圖像并保存。圖像描繪工作由2名熟悉胎腦MRI解剖及熟練應(yīng)用Amira 5.2軟件的專業(yè)人員共同合作完成。

圖1 Amira軟件外側(cè)溝輪廓描繪示意圖

2 結(jié)果

14～22周胎兒腦7.0 T MRI軸位觀察示，外側(cè)溝形態(tài)于基底節(jié)區(qū)、丘腦層面最典型，其在該層面上、下方，逐漸變淺或消失。外側(cè)溝整體形態(tài)發(fā)育過(guò)程表現(xiàn)為深度由淺到深、表面開口由大到小的變化規(guī)律，即由皮質(zhì)表面寬大而表淺的凹陷發(fā)育變化為狹窄并深入的縫隙。14～15周時(shí)，可見外側(cè)溝雛形，表現(xiàn)為皮質(zhì)表面的淺波浪狀、較平滑的凹陷；鄰近額頂顳部皮質(zhì)島蓋平坦，膨隆不明顯；額頂部島蓋與顳部島蓋分離、無(wú)聚攏（圖2a）。16～17周時(shí)，外側(cè)溝呈淺梯形狀，深度較前略加深，腦溝底部平面形成，頂部島蓋間距離寬大，寬度整體表現(xiàn)為皮質(zhì)表面淺而寬大的凹陷；外側(cè)溝底部的皮質(zhì)反折處成角較大，額頂部、顳部皮質(zhì)與島葉表面皮質(zhì)略分離；額頂部島蓋形成，與顳部島蓋亦分離、無(wú)明顯聚攏（圖2b）。18～19周時(shí)，外側(cè)溝呈深梯形狀，深度進(jìn)一步加深，頂部寬度減小，整體表現(xiàn)為皮質(zhì)表面淺而寬大的凹陷，但此時(shí)已伴隨島蓋聚攏；外側(cè)溝底部的皮質(zhì)反折處成角減小，額頂部、顳部皮質(zhì)與島葉表面皮質(zhì)亦靠攏；額頂部島蓋與顳部島蓋靠近、聚攏（圖2c）。20～22周時(shí)，外側(cè)溝呈π 狀，此時(shí)額頂部與顳部島蓋已接近完全聚攏，外側(cè)溝閉合，整體表現(xiàn)為狹窄并深入皮質(zhì)的縫隙（圖2d）。

14～22周胎兒雙側(cè)外側(cè)溝均未發(fā)生迂曲、折疊或發(fā)出次級(jí)分枝。右側(cè)半球外側(cè)溝發(fā)育速度較左側(cè)略快，表現(xiàn)為外側(cè)溝的凹陷程度、鄰近島蓋聚攏程度在右側(cè)半球較左側(cè)半球顯著。外側(cè)溝形態(tài)變化示意圖見圖3。

圖2 7.0 T MRI胎腦軸位T2WI圖像圖2a～2d 分別為15、17、19、22周斷面經(jīng)過(guò)基底節(jié)區(qū)、丘腦。外側(cè)溝整體發(fā)育過(guò)程表現(xiàn)為深度由淺到深、表面開口由大到小的變化規(guī)律，即由皮質(zhì)表面寬大而表淺的凹陷發(fā)育變化為狹窄并深入的縫隙。左下角線段長(zhǎng)度代表1 cm圖3 胎腦外側(cè)溝形態(tài)變化示意圖圖3a 14～15周時(shí)外側(cè)溝表現(xiàn)為皮質(zhì)表面淺的波浪狀凹陷圖3b 16～17周時(shí)外側(cè)溝呈淺梯形狀圖3c 18～19周時(shí)，外側(cè)溝呈深梯形狀圖3d 20～22周時(shí)，外側(cè)溝呈π 狀

3 討論

3.1 外側(cè)溝的形態(tài)發(fā)育變化 腦溝的生長(zhǎng)是大腦皮質(zhì)伴隨胎兒發(fā)育不斷折疊的結(jié)果，因此外側(cè)溝的形態(tài)也隨孕周發(fā)生相應(yīng)變化。隨著島蓋形成，外側(cè)溝的形態(tài)逐漸變窄、加深［10］。目前對(duì)胎兒外側(cè)溝的形態(tài)研究多采用超聲檢查，前期研究［11-12］利用三維超聲發(fā)現(xiàn)外側(cè)溝的基本發(fā)育規(guī)律為：13～17周時(shí)表現(xiàn)為光滑而平整的凹陷，幾乎與顱骨平行；17～24周時(shí)，島蓋各部分開始變得緊湊，外側(cè)溝似梯形，并以寬基底附著于顱骨表面；24周后島蓋各部分更緊湊，當(dāng)顳葉、額葉和頂葉靠近島葉前后，形成似矩形的裂隙樣結(jié)構(gòu)，直至最終關(guān)閉。早期外側(cè)溝的形態(tài)變化較大，可能與島蓋未閉合有關(guān)，伴隨島蓋的靠近并逐漸閉合，外側(cè)溝形態(tài)趨于穩(wěn)定。本研究中外側(cè)溝的形態(tài)變化趨勢(shì)與前期超聲研究結(jié)果相一致，但在其形態(tài)變化所發(fā)生的具體時(shí)間上存在差異。這可能是由于檢查技術(shù)的不同或研究者對(duì)外側(cè)溝形態(tài)變化的宏觀判定標(biāo)準(zhǔn)不同所致。與超聲檢查相比，7.0 T MRI圖像分辨力顯著提高，可薄層連續(xù)觀察，能更清晰顯示此期內(nèi)外側(cè)溝的形態(tài)。

前期研究［7-8］表明，胎兒腦溝發(fā)育具備半球間差異，右側(cè)半球腦溝出現(xiàn)時(shí)間較左側(cè)半球早1～2周，且右側(cè)半球腦溝深度多大于左側(cè)半球。本研究亦發(fā)現(xiàn)上述趨勢(shì)，表現(xiàn)為右側(cè)半球外側(cè)溝凹陷程度、島蓋相互靠攏并閉合趨勢(shì)較左側(cè)快，且略明顯。

3.2 外側(cè)溝的臨床意義 腦溝的形態(tài)變化可視為胎腦皮質(zhì)發(fā)育相關(guān)疾病診斷的重要依據(jù)［1，8］。外側(cè)溝作為發(fā)生時(shí)間最早的腦溝，是大腦表面發(fā)育的重要標(biāo)志，也是判斷胎兒腦組織是否發(fā)育成熟的重要指標(biāo)［1-2，8］。其整體形態(tài)發(fā)育變化與鄰近島蓋皮質(zhì)的發(fā)育、聚攏緊密相關(guān)［10］。若外側(cè)溝的形態(tài)變化與孕周不符或有明顯形態(tài)異常，則可能存在腦的發(fā)育畸形［4］。

本課題組前期研究［13］發(fā)現(xiàn)，外側(cè)溝區(qū)域是大腦半球的最早折疊區(qū)域，這種折疊可能與初期的腦葉分界相關(guān)；妊娠中晚期，外側(cè)溝的凹陷與折疊速度快于相應(yīng)側(cè)大腦半球的膨脹速度，這可能與人腦皮質(zhì)表面積、體積的顯著增加或功能發(fā)育相關(guān)。在宮內(nèi)生長(zhǎng)受限的患兒中，可發(fā)現(xiàn)外側(cè)溝深度與折疊程度的異常，多表現(xiàn)為右側(cè)外側(cè)溝深度的增加速率較正常對(duì)照組明顯降低，并伴隨島蓋的形態(tài)變化［4］。在Miller-Dieker綜合征相關(guān)的無(wú)腦回畸形胎兒中，可見皮層與外側(cè)溝的延遲成熟，兩者具備相關(guān)性［14］。此外，研究［15-18］發(fā)現(xiàn)外側(cè)溝鄰近皮質(zhì)是胎兒多小腦回畸形的好發(fā)部位。因此，評(píng)估外側(cè)溝的形態(tài)發(fā)育狀況是判斷胎腦皮質(zhì)發(fā)育與成熟狀態(tài)的重要標(biāo)志。

本研究的不足之處：①現(xiàn)階段，7.0 T超高場(chǎng)強(qiáng)MRI尚不能應(yīng)用于宮內(nèi)胎兒。因此，本研究結(jié)果尚無(wú)法直接應(yīng)用于臨床。②選擇的胎兒標(biāo)本，其組織學(xué)水平的變化或福爾馬林的固定作用會(huì)對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生一定影響。③觀察局限于橫斷面，缺乏其他位置的對(duì)應(yīng)描述，亦缺乏三維重建與定量測(cè)量數(shù)據(jù)。

總之，胎兒腦外側(cè)溝的整體形態(tài)發(fā)育變化與鄰近島蓋皮質(zhì)的發(fā)育、聚攏程度緊密相關(guān)；妊娠中期胎兒外側(cè)溝尚處于發(fā)育的初始階段；7.0 T MRI可清晰顯示此時(shí)期胎兒腦外側(cè)溝的形態(tài)變化。